Нечеткое управление процессом обеззараживания хозяйственно-питьевой воды
В статье рассмотрена проблема управления процессом обеззараживания хозяйственно-питьевой воды. Описаны особенности процесса, разработана модель системы нечеткого управления процессом, проведен численный анализ разработанной модели. У статті розглянуто проблему управління процесом знезараження госп...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Искусственный интеллект |
|---|---|
| Datum: | 2014 |
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут проблем штучного інтелекту МОН України та НАН України
2014
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/85249 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Нечеткое управление процессом обеззараживания хозяйственно-питьевой воды / И.А. Тарасова, Т.В. Феньо // Искусственный интеллект. — 2014. — № 1. — С. 171–178. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859841984515014656 |
|---|---|
| author | Тарасова, И.А. Феньо, Т.В. |
| author_facet | Тарасова, И.А. Феньо, Т.В. |
| citation_txt | Нечеткое управление процессом обеззараживания хозяйственно-питьевой воды / И.А. Тарасова, Т.В. Феньо // Искусственный интеллект. — 2014. — № 1. — С. 171–178. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Искусственный интеллект |
| description | В статье рассмотрена проблема управления процессом обеззараживания хозяйственно-питьевой воды.
Описаны особенности процесса, разработана модель системы нечеткого управления процессом,
проведен численный анализ разработанной модели.
У статті розглянуто проблему управління процесом знезараження господарсько-питної води. Описано
особливості процесу, розроблено модель системи нечіткого управління процесом, проведено
чисельний аналіз розробленої моделі.
The article considers the problem of managing the process of disinfecting household drinking water. The
features of the process, a model of fuzzy process control, numerical analysis developed model.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:37:22Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 1561-5359 «Штучний інтелект» 2014 № 1 171
3Т
УДК 004.896
И.А. Тарасова, Т.В. Феньо
Донецкий национальный технический университет, Украина
Украина, 83050, г. Донецк, пр. Богдана Хмельницкого, 84
Нечеткое управление процессом обеззараживания
хозяйственно-питьевой воды
I.A. Tarasova, T.V. Phenyo
Donetsk National Technical University, Ukraine
Ukraine, 83050, Donetsk, Bogdana Khmelnitskogo av.
Fuzzy Сontrol of Domestic Water Disinfection Process
І.О. Тарасова, Т.В. Феньо
Донецький національний технічний університет, Україна
Україна, 83050, м. Донецьк, пр. Богдана Хмельницького, 84
Нечітке управління процесом знезараження
господарсько-питної води
В статье рассмотрена проблема управления процессом обеззараживания хозяйственно-питьевой воды.
Описаны особенности процесса, разработана модель системы нечеткого управления процессом,
проведен численный анализ разработанной модели.
Ключевые слова: нечеткое управление, модель системы, процесс обеззараживания воды.
The article considers the problem of managing the process of disinfecting household drinking water. The
features of the process, a model of fuzzy process control, numerical analysis developed model.
Key words: fuzzy control, the system model, the water disinfection process.
У статті розглянуто проблему управління процесом знезараження господарсько-питної води. Описано
особливості процесу, розроблено модель системи нечіткого управління процесом, проведено
чисельний аналіз розробленої моделі.
Ключові слова: нечітке управління, модель системи, процес знезараження води.
Введение
Вода играет важнейшую роль в жизнедеятельности организма, недостаток
которой усугубляется ухудшением её качества. Используемые в промышленности,
сельском хозяйстве и в быту воды поступают обратно в водоёмы в виде плохо
очищенных или вообще неочищенных стоков, что является главной причиной обострения
проблемы пресной воды.
Поверхностные воды химические и физические параметры, меняющиеся в
широких пределах. Кроме бактерий и вирусов, в них присутствуют возбудители
паразитарных заболеваний. Очистка воды из таких источников традиционно включает в
себя первичное хлорирование, коагуляцию, отстаивание, фильтрацию и заключи-
тельное хлорирование. На практике эффективность обеззараживания, в ряде случаев,
пытаются обеспечить за счет увеличения доз хлора, значительно превышающих
нормы. Однако и такие меры зачастую не обеспечивают необходимой степени ин-
активации вирусов, а подача первичного хлора в чрезмерно больших количествах
является причиной возникновения хлорсодержащих органических соединений.
Тарасова И.А., Феньо Т.В.
«Искусственный интеллект» 2014 № 1 172
3Т
В настоящее время в мировой практике наметилась тенденция по полной либо
частичной замене хлорирования на УФ-облучение. Наиболее распространенной уста-
новкой УФ обеззараживания воды является бактерицидная установка типа OB-150 [1]..
Обрабатываемая вода поступает параллельно в три камеры установки, тщательно
перемешивается и подвергается облучению с помощью УФ ламп, помещенных в за-
щитные кварцевые чехлы. Обеззараженная вода, прошедшая через установку, пред-
назначается для непосредственного потребления в системах хозяйственно-питьевого
водоснабжения.
Постановка задачи. В обязанности обслуживающего персонала бактерицидной
установки входит:
а) определение качества воды по бактерицидному анализу;
б) ручной расчет бактерицидного потока используемой лампы;
в) расчет производительности установки по проведенному бактерицидному анализу
и расчетным характеристикам ламп;
г) использование пробковых кранов, задвижек в случае заполнения и освобождения
воды в установке, а также при необходимости перенаправления воды в другие установки;
д) контроль процесса обеззараживания воды путем:
– визуального определения интенсивности ультрафиолетового излучения
– лампы через смотровое окно установки;
– наблюдения за сигнальной лампой «Аварийное отключение».
Поскольку информация носит экспертный характер, для описания задачи управле-
ния целесообразно применить аппарат нечеткой логики.
Целью данной работы является улучшение качества хозяйственно-питьевой
воды, за счет автоматизации процесса обеззараживания.
В данной работе решаются следующие задачи:
а) разработка модели нечеткого управления процессом обеззараживания
хозяйственно-питьевой воды;
б) синтез этапов нечеткого вывода;
в) численный анализ модели нечеткого управления.
Разработка модели нечеткого управления
процессом обеззараживания хозяйственно-питьевой воды
С целью автоматизации процесса обеззараживания хозяйственно-питьевой воды,
необходимо внести изменения в структуру системы управления установкой, введя
блок нечеткого регулирования (рис. 1).
На рис. 1 введены следующие обозначения:
1 – качество воды;
2 – потребность города в воде;
3 – время пребывания воды в установке;
4 – вода;
5 – очищенная вода;
6 – интенсивность УФ-излучения.
База правил нечетких продукций является конечным множеством правил нечетких
продукций, согласованных относительно лингвистических переменных, используемых в
них.
Нечеткое управление процессом обеззараживания хозяйственно-питьевой воды
«Штучний інтелект» 2014 № 1 173
3Т
В качестве входных лингвистических переменных следует использовать:
а) качество воды, поступающей в бактерицидную установку: λ – «качество воды»;
б) уровень светового потока лампы, от которого зависит уровень сопротивле-
ния бактерий: β – «интенсивность УФ излучения»;
в) потребность города в воде: ʝ – «потребность воды».
Рисунок 1 – Структура системы нечеткого управления
В качестве выходной лингвистической переменной необходимо использовать время
пребывания воды в установке: с – время пребывания воды".
В качестве терм-множества лингвистической переменной λ используется мно-
жество Т1 = {«очень хорошее», «хорошее», «нормальное», «ниже нормы»} с функциями
принадлежности, изображенными на рис. 2. В качестве терм-множества лингвисти-
ческой переменной β используется множество Т2 = {«критическая», «низкая», «средняя»,
«высокая»} с функциями принадлежности, изображенными на рис. 3. В качестве терм-
множества лингвистической переменной ʝ используется множество Т3 = {«низкая»,
«средняя», «высокая»} с функциями принадлежности, изображенными на рис. 4. В ка-
честве терм-множества выходной лингвистической переменной с используется мно-
жество Т4 = {«минимальное», «среднее», «высокое», «максимальное»} с функциями
принадлежности, изображенными на рис. 5.
Рисунок 2 – График функций принадлежности для термов
лингвистической переменной λ
Тарасова И.А., Феньо Т.В.
«Искусственный интеллект» 2014 № 1 174
3Т
Рисунок 3 – График функций принадлежности для термов
лингвистической переменной β
Рисунок 4 – График функций принадлежности для термов
лингвистической переменной ʝ
Рисунок 5 – График функций принадлежности для термов
лингвистической переменной с
В данном случае система нечеткого вывода содержит 48 правил нечетких про-
дукций. В качестве примера приведены следующие правила:
1. ЕСЛИ «качество воды очень хорошее» И «интенсивность УФ излучения
критическая» И «потребность воды низкая», ТО «время пребывания воды среднее».
2. ЕСЛИ «качество воды нормальное» И «интенсивность УФ излучения
критическая» И «потребность воды средняя», ТО «время пребывания воды высокое».
3. ЕСЛИ «качество воды хорошее» И «интенсивность УФ излучения высокая»
И «потребность воды высокая», ТО «время пребывания воды минимальное».
4. ЕСЛИ «качество воды ниже нормы» И «интенсивность УФ излучения крити-
ческая» И «потребность воды низкая», ТО «время пребывания воды максимальное».
5. ЕСЛИ «качество воды ниже нормы» И «интенсивность УФ излучения
высокая» И «потребность воды средняя», ТО «время пребывания воды высокое».
Нечеткое управление процессом обеззараживания хозяйственно-питьевой воды
«Штучний інтелект» 2014 № 1 175
3Т
Синтез этапов нечеткого вывода Модель нечеткого управления (рис. 1) строится
с учетом необходимости реализации всех этапов нечеткого вывода [2], а сам процесс
вывода реализуется на основе наиболее распространенного алгоритма нечеткого вывода –
алгоритма Мамдани (рис. 6).
Рисунок 6 – Алгоритм реализации нечеткого вывода
начало
K, E, P
µс´´(x) = 0
I = 1…48
b[i, 1] = µλ (K)
b[i, 2] = µβ (E)
b[i, 3] = µϳ (P)
min = b[i, 1]
ϳ = 2, 3
b[i, ϳ] < min
min = b[i, ϳ]
A[i] = min
µс´(x) [i] = min{A[i], µс(x)}
µс´´(x) = max{ µс´´(x), µс´(x) [i]}
конец
_
+
Тарасова И.А., Феньо Т.В.
«Искусственный интеллект» 2014 № 1 176
3Т
Численный анализ модели нечеткого управления
Программная реализация алгоритма осуществлена в среде MATLAB [5]. Содержа-
щая специальные средства нечеткого моделирования, система MATLAB позволяет вы-
полнять весь комплекс исследований по разработке и применению нечетких моделей.
Задание лингвистических переменных и функций принадлежности их термов в графи-
ческом режиме, а также визуализация правил позволяют существенно уменьшить трудо-
емкость разработки нечеткой модели, снизить количество возможных ошибок и сокра-
тить общее время нечеткого моделирования.
С целью установления адекватности разработанной модели нечеткого управ-
ления был проведен анализ результатов нечеткого вывода при различных значениях
входных переменных (табл. 1).
Таблица 1 – Анализ результатов нечеткого вывода
№ Входная
переменная
«Качество
воды»
Входная
переменная
«Интенсивность
УФ излучения»
Входная
переменная
«Потребность
воды в
городе»
Выходная
переменная
«Время
пребывания
воды»
Время
пребывания
воды
1 20 170 300 12 12.6
2 200 160 600 17 16.2
3 50 300 1500 4.93 5.18
4 700 160 270 25.5 24.3
5 500 270 650 15 14.3
6 1000 250 1000 7.15 7.5
7 100 200 500 17 16.15
8 350 290 750 10 9.7
10 30 310 800 8.7 8.3
11 800 210 1400 6.4 6.72
12 70 150 450 15 14.3
13 400 190 900 8.4 8
14 900 200 400 27 28.35
15 600 300 600 14 13.34
Незначительное отклонение результатов, рассчитанных системой, от при-
нятых оператором установки решений по времени пребывания воды подтверждает
адекватность разработанной модели нечеткого управления.
Выводы
Таким образом, на основе изучения технологии и особенностей процесса, разрабо-
тана модель системы нечеткого управления, которая позволяет автоматизировать процесс
обеззараживания хозяйственно-питьевой воды. Проведен синтез этапов нечеткого управ-
ления, а также численный анализ разработанной модели.
Полученные результаты могут быть использованы для дальнейшего совер-
шенствования модели и алгоритма управления, с целью создания системы автомати-
зированного управления процессом обеззараживания хозяйственно-питьевой воды.
Нечеткое управление процессом обеззараживания хозяйственно-питьевой воды
«Штучний інтелект» 2014 № 1 177
3Т
Список литературы
1. Стогний П.М. Нечеткое управление процессом обеззараживания воды для хозяйственно-питьевого
водоснабжения / П.М. Стогний, И.А. Тарасова // Современная информационная Украина: инфор-
матика, экономика, философия : Материалы докладов VI международной научно-практической
конференции молодых ученых, аспирантов, студентов (Донецк, 26 апреля 2012). – Донецк : ИПИИ
«Наука і освіта», 2012. – С. 226-229.
2. Леоненков А.В. Нечеткое моделирование в среде MATLAB и fuzzyTECH / Леоненков А.В. – СПб. :
БХВ-Петербург, 2003. – 736 с.
3. Борисов В.В. Нечеткие модели и сети / Борисов В.В., Круглов В.В., Федулов А.С. – М. : Горячая
линия – Телеком, 2007. – 284 с.
4. Алтунин А.Е. Модели и алгоритмы принятия решений в нечетких условиях: Монография. / Алтунин А.Е.,
Семухин М.В. – Тюмень : Издательство Тюменского государственного университета, 2000. – 352 с.
5. Штовба С.Д. Проектирование нечетких систем средствами MATLAB / Штовба С.Д. – М. : Горячая
линия – Телеком, 2007. – 288 с.
6. Рутковская Д. Нейронные сети, генетические алгоритмы и нечеткие системы / Д. Рутковская,
М. Пилиньский, Л. Рутковский. – М. : Горячая линия – Телеком, 2006. – 383 с.
7. Ротштейн А.П. Интеллектуальные технологии идентификации: нечеткая логика, генетические
алгоритмы, нейронные сети./ Ротштейн А.П. – Винница: УНІВЕРСУМ – Вінниця, 1999. – 320 с.
References
1. Stogniy P.M. Fuzzy Control of process water disinfection for domestic water supply / P.M. Stogniy,
I.A. Tarasova // Materials of the reports VI International scientific-practical conference of young
scientists, graduate students, "Modern Informational Ukraine: informatics, economics and philosophy."
Donetsk, April 26, 2012 - Donetsk: IAI "Nauka i Osvita», 2012. – S. 226-229.
2. Leonenkov A.V. Fuzzy modeling in MATLAB and fuzzyTECH. BHV- Petersburg, 2003 . – 736 s.
3. VV Borisov Fuzzy models and network. M.: Hotline - Telecom , 2007 . 284 s.
4. Altunin A.E. Models and algorithms for decision making in fuzzy environment. Tyumen, Tyumen State
University Publishing House , 2000 . 352 s.
5. Shtovba S.D. Design of fuzzy systems by means of MATLAB. M.: Hotline - Telecom , 2007 . – 288 s.
6. Rutkovska D. Neural networks , genetic algorithms and fuzzy systems . M.: Hotline - Telecom 2006 . –
383 s.
7. Rothstein A.P. Intelligent identification technology: fuzzy logic, genetic algorithms, neural networks.
UNІVERSUM - Vinnitsa , 1999. – 320 s.
RESUME
I.A. Tarasova, T.V. Phenyo
Fuzzy Сontrol of Domestic Water Disinfection Process
Background: Water plays the most important role in the vital functions of organism its
shortcoming is aggravated with deterioration of its quality. Presently in world's practice
tendency was aimed on full or partial replacement of chlorination by UF-radiation. Most
widespread the UF-installation of disinfecting of water is the bactericidal installation of
type of OV-150. The processed water arrives in parallel in three cameras of installation,
carefully mixed and exposed of radiation with a help of UF of the lamps placed in
protective quartz covers. The disinfected water which has passed through installation,
intends for direct consumption in systems of utility-drinking water supply.
The purpose of
this work is to improve the quality of domestic water, by automating the process of
disinfection.
Тарасова И.А., Феньо Т.В.
«Искусственный интеллект» 2014 № 1 178
3Т
Materials and methods: The model of system of indistinct management which allows to
automate process of disinfecting of domestic water is developed. Formalization of entrance
and output variables was conducted, synthesis of stages of an indistinct conclusion is
carried out. For system of an indistinct conclusion the base of rules including 48 rules of
indistinct production is created. The model of indistinct management is constructed taking
into account realization of all stages of an indistinct conclusion. The algorithm of an
indistinct conclusion which is realized on the basis of Mamdani most widespread algorithm
is developed. Program realization developed model and algorithm is carried out by means
of of Matlab.
Results: Slight deviation of the results calculated system of decisions taken by the plant
operator on the residence time of water confirms the adequacy of the developed model of
fuzzy control.
Conclusion: Obtained results can be used to further improve the model and the control
algorithm, in order to create an automated process control system disinfection of domestic
water.
Статья поступила в редакцию 07.10.2013.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-85249 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1561-5359 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:37:22Z |
| publishDate | 2014 |
| publisher | Інститут проблем штучного інтелекту МОН України та НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Тарасова, И.А. Феньо, Т.В. 2015-07-23T12:19:16Z 2015-07-23T12:19:16Z 2014 Нечеткое управление процессом обеззараживания хозяйственно-питьевой воды / И.А. Тарасова, Т.В. Феньо // Искусственный интеллект. — 2014. — № 1. — С. 171–178. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 1561-5359 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/85249 004.896 В статье рассмотрена проблема управления процессом обеззараживания хозяйственно-питьевой воды. Описаны особенности процесса, разработана модель системы нечеткого управления процессом, проведен численный анализ разработанной модели. У статті розглянуто проблему управління процесом знезараження господарсько-питної води. Описано особливості процесу, розроблено модель системи нечіткого управління процесом, проведено чисельний аналіз розробленої моделі. The article considers the problem of managing the process of disinfecting household drinking water. The features of the process, a model of fuzzy process control, numerical analysis developed model. ru Інститут проблем штучного інтелекту МОН України та НАН України Искусственный интеллект Интеллектуальные системы планирования, управления, моделирования и принятия решений Нечеткое управление процессом обеззараживания хозяйственно-питьевой воды Нечітке управління процесом знезараження господарсько-питної води Fuzzy control of domestic water disinfection process Article published earlier |
| spellingShingle | Нечеткое управление процессом обеззараживания хозяйственно-питьевой воды Тарасова, И.А. Феньо, Т.В. Интеллектуальные системы планирования, управления, моделирования и принятия решений |
| title | Нечеткое управление процессом обеззараживания хозяйственно-питьевой воды |
| title_alt | Нечітке управління процесом знезараження господарсько-питної води Fuzzy control of domestic water disinfection process |
| title_full | Нечеткое управление процессом обеззараживания хозяйственно-питьевой воды |
| title_fullStr | Нечеткое управление процессом обеззараживания хозяйственно-питьевой воды |
| title_full_unstemmed | Нечеткое управление процессом обеззараживания хозяйственно-питьевой воды |
| title_short | Нечеткое управление процессом обеззараживания хозяйственно-питьевой воды |
| title_sort | нечеткое управление процессом обеззараживания хозяйственно-питьевой воды |
| topic | Интеллектуальные системы планирования, управления, моделирования и принятия решений |
| topic_facet | Интеллектуальные системы планирования, управления, моделирования и принятия решений |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/85249 |
| work_keys_str_mv | AT tarasovaia nečetkoeupravlenieprocessomobezzaraživaniâhozâistvennopitʹevoivody AT fenʹotv nečetkoeupravlenieprocessomobezzaraživaniâhozâistvennopitʹevoivody AT tarasovaia nečítkeupravlínnâprocesomznezaražennâgospodarsʹkopitnoívodi AT fenʹotv nečítkeupravlínnâprocesomznezaražennâgospodarsʹkopitnoívodi AT tarasovaia fuzzycontrolofdomesticwaterdisinfectionprocess AT fenʹotv fuzzycontrolofdomesticwaterdisinfectionprocess |